JP2000138904A - 画像情報変換装置および変換方法 - Google Patents
画像情報変換装置および変換方法Info
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Abstract
解像度向上の程度を改善する。 【解決手段】 入力画像信号は、遅延回路31と、アク
ティビティ演算回路32とに供給される。アクティビテ
ィ演算回路32は、供給される信号に基づいてアクティ
ビティの尺度としての予測誤差の絶対値和の平均値
A0 ,A1 ,A2 ・・・を計算する。間引き率決定回路
33は、アクティビティ演算回路32の出力に基づいて
間引き率を決定する。クラスタップおよび予測タップ抽
出回路34は、間引き率決定回路33の出力に基づいて
入力画像信号に対して適切な間引き間隔を決定し、決定
した間引き間隔の下で、入力画像信号からクラスタップ
および予測タップを抽出する。これにより、ぼけが大き
い部分等についても、解像度を向上させるとができる。
なお、遅延回路31により、クラスタップおよび予測タ
ップ抽出回路34に対する入力画像信号の供給タイミン
グが的確なものとされる。
Description
度を向上させる機能を有する画像情報変換装置および変
換方法に関する。
にクラス分類適応処理を用いる技術が研究開発されてい
る。この場合、元の画像上でぼけが小さい部分に比べ
て、ぼけが大きい部分では解像度の向上の度合いが小さ
いという問題があった。
きい部分に対して解像度をより向上させるためには、ク
ラスタップおよび/または予測タップのタップ構造にお
いてタップ間の間隔を広とることが有効であることは実
験的、経験的に知られている。しかしながら、最適な間
引き間隔を判定する方法は知られていなかった。
ぼけが大きい部分等に対して解像度をより向上させるこ
とが可能な画像情報変換装置および変換方法を提供する
ことにある。
画像信号を再生する画像情報変換装置において、入力画
像信号から、注目画素に対して所定の位置関係にある画
素をクラスタップとして出力するクラスタップ抽出手段
と、上記クラスタップ抽出手段の出力に基づいて、クラ
スコードを発生するクラスコード発生手段と、クラス毎
の予測係数を予め記憶し、上記クラスコード発生回路の
出力に対応する予測係数を出力する係数記憶手段と、上
記入力画像信号から、上記注目画素の周辺の所定の画素
位置の画素値を予測タップとして出力する予測タップ抽
出手段と、上記係数記憶手段の出力と、上記予測タップ
抽出手段の出力とに基づいて、上記注目画素の画素値を
予測推定する予測推定演算手段とを備えるクラス分類適
応処理手段と、上記クラスタップおよび予測タップのタ
ップ構造における間引き間隔を、上記入力画像信号に対
して最適なものとするタップ構造決定手段を有すること
を特徴とする画像情報変換装置である。
る画像情報変換方法において、入力画像信号から、注目
画素に対して所定の位置関係にある画素をクラスタップ
として出力するクラスタップ抽出ステップと、上記クラ
スタップ抽出ステップの結果に基づいて、クラスコード
を発生するクラスコード発生ステップと、クラス毎の予
測係数を予め記憶し、上記クラスコード発生回路の結果
に対応する予測係数を出力する係数記憶ステップと、上
記入力画像信号から、上記注目画素の周辺の所定の画素
位置の画素値を予測タップとして出力する予測タップ抽
出ステップと、上記係数記憶ステップの結果と、上記予
測タップ抽出ステップの結果とに基づいて、上記注目画
素の画素値を予測推定する予測推定演算ステップとを備
えるクラス分類適応処理ステップと、上記クラスタップ
および予測タップのタップ構造における間引き間隔を、
上記入力画像信号に対して最適なものとするタップ構造
決定ステップを有することを特徴とする画像情報変換方
法である。
像信号中に含まれるぼけの大/小等の特性に対して最適
な間引き間隔を有するクラスタップおよび予測タップの
タップ構造の下で画像情報変換処理がなされる。
説明に先立ち、理解を容易とするために、一般的なクラ
ス分類適応処理について説明する。まず、図1を参照し
て、予測推定に係る構成について説明する。入力画像信
号が領域切り出し回路1、2に供給される。領域切り出
し回路1は、入力画像信号から所定の画素領域を抽出
し、抽出した画素領域の画素データをクラスコード発生
回路4に供給する。クラスコード発生回路4は、供給さ
れる画素データにADRC等の処理を施し、処理結果に
基づいて、分類されるクラスに対応するクラスコードを
発生して予測演算部5に供給する。ここで、領域切り出
し回路1が抽出する、クラス分類に使用される画素領域
をクラスタップと称する。
号から所定の画素領域を抽出し、抽出した画素領域の画
素データを予測演算部5に供給する。予測演算部5は、
供給される画素データと、クラスコード発生回路4から
供給されるクラスコードに対応する予測計数とに基づい
て以下の式(1)に従う積和演算を行うことによって出
力画像信号を生成する。ここで、領域切り出し回路2が
抽出する、積和演算に使用される画素領域を予測タップ
と称する。予測計数は後述するようにして予め決定さ
れ、クラス毎に、より具体的にはクラスコードをアドレ
スとする等の形態で予測演算部5内の所定のメモリに記
憶されている。
w1 ,‥‥,wn が各予測係数である。
ラス毎の予測計数を求める処理について説明する。ノイ
ズを含まない所定の入力画像信号(教師信号と称する)
がLPF(Low Pass Filter) 21と、正規方程式演算部
27とに供給される。LPF21は、教師信号を劣化さ
せ、劣化した信号を領域切り出し回路22、23に供給
する。領域切り出し回路22は、供給される画像信号か
ら所定の画素領域をクラスタップとして抽出し、抽出し
たクラスタップの画素データをクラスコード発生回路2
5に供給する。クラスコード発生回路25は、供給され
る画素データにADRC等の処理を施し、処理結果に基
づいて、分類されるクラスに対応するクラスコードを発
生して正規方程式演算部27に供給する。
る画像信号から所定の画素領域を予測タップとして抽出
し、予測タップの画素データを正規方程式演算部27に
供給する。正規方程式演算部27は、領域切り出し回路
23から供給される画素データと、教師信号とに基づく
所定の演算処理によって、クラスコード発生回路25か
ら供給されるクラスコードに対応する予測計数を算出す
る。算出された予測計数がメモリ29に供給される。そ
して、予測推定に係る処理を行うに先立って、上述し
た、予測演算部5内の所定のメモリにロードされる。
小自乗法を用いたものであり、より具体的には、正規方
程式を解くことによって予測計数が算出される。正規方
程式について以下に説明する。上述の式(1)におい
て、学習前は予測係数w1 ,‥‥,wn が未定係数であ
る。学習は、クラス毎に複数の教師信号を入力すること
によって行う。教師信号の種類数をmと表記する場合、
式(1)から、以下の式(2)が設定される。
らないので、誤差ベクトルeの要素ek を以下の式
(3)で定義して、式(4)によって定義される誤差ベ
クトルeを最小とするように予測係数を定めるようにす
る。すなわち、いわゆる最小2乗法によって予測係数を
一意に定める。
めるための実際的な計算方法としては、e2 を予測係数
wi (i=1,2‥‥)で偏微分し(式(5))、iの各値に
ついて偏微分値が0となるように各予測係数wi を定め
れば良い。
的な手順について説明する。式(6)、(7)のように
Xji,Yi を定義すると、式(5)は、式(8)の行列
式の形に書くことができる。
のである。予測計数決定部28は、領域切り出し回路2
3から供給される画素データと、教師信号とに基づいて
正規方程式(8)中の各パラメータを算出し、さらに、
掃き出し法等の一般的な行列解法に従って正規方程式
(8)を解くための計算処理を行って予測係数wi を算
出する。
て、クラスタップおよび予測タップのタップ構造におけ
る好適な間引き間隔は、入力画像信号の性質によって異
なる。この点について以下に説明する。図3に、入力画
像信号からの画素のサンプリングの一例を示す。ここで
は、注目画素を中心として5個のクラスタップ(すなわ
ち、注目画素自身とその前後の2個ずつの画素)と、1
3個の予測タップ(すなわち、クラスタップとされる5
個の画素とその前後の4個ずつの画素)とを配置する。
程度以上の比率で含まれる場合には、クラスタップおよ
び予測タップのタップ構造における間引き間隔を詰めて
クラス分類適応処理を行うことにより、解像度向上の程
度を高めることができることが知られている。これに対
し、注目画素の近傍に高域成分が少なくなだらかな変化
しかない場合には、クラスタップおよび予測タップのタ
ップ構造における間引き間隔を詰めても解像度向上の程
度が高くならないことが知られている。
場合には、タップの間引き間隔を広くとって入力画像信
号中の広い領域をカバーするようにすれば、解像度向上
の程度を高めることができる。そして、注目画素の近傍
における入力画像信号のアクティビティ、すなわちレベ
ル変化の程度と間引き率と改善度との間には、何らかの
最適な関係があることも、経験的、実験的に知られてい
る。
画素の近傍における入力画像信号のアクティビティに応
じてクラスタップおよび予測タップの間引き間隔を変え
ることが有効であると考えられる。ここでは、説明を簡
明とするために、1次元のクラスタップおよび予測タッ
プを用いてクラス分類適応処理を行う場合を例として説
明したが、上述した点は、2次元、3次元等のクラスタ
ップ、予測タップについての間引き間隔についても同様
である。
な間引き率を決定することにより、クラスタップおよび
予測タップの間引き間隔の切替えを行うものである。以
下、図3に示したような1次元のクラスタップおよび予
測タップのタップ構造を前提とする、この発明の一実施
形態について説明する。なお、この発明の一実施形態に
おいては、入力画像信号が標準テレビジョン画像信号で
あり、且つ、出力画像信号も標準テレビジョン画像信号
であることを前提とする。
引き間隔を有するクラスタップおよび予測タップのタッ
プ構造の下でクラス分類適応処理による予測推定を行
い、予測誤差の絶対値和を計算する。そして、予測誤差
の絶対値和についての計算値をアクティビティの尺度と
して用いることにより、最適な間引き間隔を決定する。
より具体的には、予測誤差の絶対値和についての計算値
を所定のしきい値と比較し、比較結果に基づいて最適な
間引き間隔を決定する。
に説明する。図5において、横方向に並んだ1次元の画
素配列の一例について、各画素レベルを縦方向の位置で
示す。すなわち、画素レベルの変動が縦方向の位置変動
によって表現されている。そして、図5においてはクラ
スタップX1 ,X2 ,X3 ,X4 ,X5 ・・・を1間引
き間隔で配置する場合について示す。これらのクラスタ
ップの間に位置する画素の画素レベルY1 ,Y2 ,
Y3 ,Y4 ,Y5 ・・・に対する予測画素レベルZ1 ,
Z2 ,Z3 ,Z4 ,Z5 は、周囲のクラスタップの画素
レベルを用いて次の式(9)によって計算される。図5
においては、i番目の予測画素レベルZi を星型の記号
で示す。
される画素位置Yi の近傍の例えば4個のクラスタップ
上に設定される。
は、以下の式(10)のように表される。
とを表す。また、添え字iの変域は、予測画素レベルZ
i が計算される画素位置Yi の近傍の4個のクラスタッ
プ上に設定される。勿論、4個以外の個数のクラスタッ
プについて絶対値和の平均をとるようにしても良い。
示す。ここで、図5と同様に、横方向に並んだ1次元の
画素配列において各画素レベルを縦方向の位置で示して
いる。そして、クラスタップX1 ,X2 ,X3 ,X4 ,
X5 ・・・を2間引き間隔で配置する場合について示
す。これらのクラスタップの間に位置する2個ずつの画
素について2モードの予測推定がなされる。図6におい
ても、予測画素レベルZi を星型の記号で示す。予測推
定は、例えば上述の式(9)に従って行うことができ
る。予測画素レベルZ1 〜Z8 の間での予測誤差の絶対
値和の平均値A2 は、以下の式(11)のように表され
る。
とを表す。また、添え字iの変域は、予測画素レベルZ
i が計算される画素位置Yi の近傍の8個のクラスタッ
プ上に設定される。勿論、8個以外の個数のクラスタッ
プについて絶対値和の平均をとるようにしても良い。
応して、図6中で奇数番目の画素Y2i-1と予測画素Z
2i-1の組からの寄与分と、偶数番目の画素Y2iと予測画
素Z2iの組からの寄与分とが計算される。
・・と増やした時の予測誤差の絶対値和の平均値A3 ,
A4 ,・・・を順次求める。なお、間引き無しの場合に
は、予測誤差の代替量として、以下の式(12)の隣接
画素差分を用いる。ここで、αは適当な定数とする。
とを表す。また、添え字iの変域は、予測画素レベルZ
i が計算される画素位置Yi の近傍の例えば4個のクラ
スタップ上に設定される。
和の平均値A0 ,A1 ,A2 ・・・を順次しきい値と比
較し、予測誤差の絶対値和の平均値が最初にしきい値t
hより大きい値をとる際の間引き間隔を、最適間引き間
隔として決定する。
しとすることが最適であると判定する。また、A0 がt
h以下の場合、A1 >thであれば、間引き間隔1とす
ることが最適であると判定する。さらに、A1 がth以
下の場合、A2 >thであれば間引き間隔2とすること
が最適であると判定し、A2 がth以下の場合、A3>
thであれば間引き間隔3とすることが最適であると判
定する。さらにまた、A3 がth以下の場合、A4 >t
hであれば間引き間隔4とすることが最適であると判定
し、A4 がth以下の場合、A5 >thであれば間引き
間隔5とすることが最適であると判定する。以下、最適
な間引き間隔が定まるまで同様な処理を行う。
き間隔の下でのクラスタップおよび予測タップのタップ
構造を使用してクラス分類適応処理を行うことにより、
解像度のより大きな向上を実現することができる。
を図7に示す。入力画像信号は、遅延回路31と、アク
ティビティ演算回路32とに供給される。アクティビテ
ィ演算回路32は、供給される信号に基づいてアクティ
ビティの尺度としての予測誤差の絶対値和の平均値
A0 ,A1 ,A2 ・・・を上述した式(12)、(1
0)、(11)等に従って計算する。そして、計算結果
を間引き率決定回路33に供給する。間引き率決定回路
33は、上述したように、所定のしきい値thを参照し
て、A0 ,A1 ,A2 ・・・の計算結果に基づいて間引
き率を決定し、決定した間引き率をクラスタップおよび
予測タップ抽出回路34に供給する。クラスタップおよ
び予測タップ抽出回路34は、間引き率決定回路33の
出力に基づいて間引き間隔を定め、クラスタップおよび
予測タップのタップ構造を決定する。
上述したようにしてクラスタップおよび予測タップのタ
ップ構造が決定されるまでに要する時間分遅延させて、
クラスタップおよび予測タップ抽出回路34に供給す
る。クラスタップおよび予測タップ抽出回路34は、遅
延回路31の出力である、遅延させられた入力画像信号
から、クラスタップおよび予測タップを抽出し、抽出し
たクラスタップおよび予測タップの画素データをクラス
分類適応処理部35に供給する。クラス分類適応処理部
35は、供給されるクラスタップおよび予測タップの画
素データに基づいてクラス分類適応処理を行い、出力画
像信号を生成する。
細な構成の一例を示す。入力画像信号は、予測誤差の絶
対値和の平均値A0 ,A1 ,A2 ・・・をそれぞれ生成
するアクティビティ値算出部400 ,401 ,・・・,
40n に供給される。アクティビティ値算出部401 ,
・・・,40n は、同様な構成を有するので、アクティ
ビティ値算出部401 を例として説明する。アクティビ
ティ値算出部401 は、クラス分類適応予測部411 、
遅延回路421 、減算器431 、絶対値算出回路4
41 、および積算回路451 を有する。
11 と遅延回路421 とに供給される。クラス分類適応
予測部411 は、入力画像信号に基づいてクラス分類適
応予測を行い、予測値Zi (i=1,2・・・)を順次
減算器431 に供給する。一方、遅延回路421 は、入
力画像信号をクラス分類適応予測に要する時間分だけ遅
延させて、減算器431 に供給する。このような処理に
より、減算器431 には、同一の画素についての予測値
Zi と画素値Yi とが同一のタイミングで供給される。
これにより、減算器431 は、差分Yi −Zi を生成
し、生成した差分Yi −Zi を絶対値算出回路441 に
供給する。
出力に基づいて|Yi −Zi |の値を算出し、算出値を
積算回路451 に供給する。積算回路451 は、絶対値
算出回路441 の出力を順次積算する。積算値が所定の
タイミングで出力され、さらに図示しない構成によって
4で割る処理を施されることにより、式(10)に従う
演算処理が完了し、間引き間隔1の場合の、アクティビ
ティの尺度としての予測誤差の絶対値の平均値A1 が生
成される。
は、式(11)に従う演算処理が行われ、間引き間隔2
の場合の、アクティビティの尺度としての予測誤差の絶
対値の平均値A2 が生成される。以下、アクティビティ
値算出部403 ・・・40n において、間引き間隔3・
・・nの場合の、アクティビティの尺度としての予測誤
差の絶対値の平均値A3 ・・・An が生成される。
式(12)に従って計算するアクティビティ値算出部4
00 について説明する。アクティビティ値算出部400
は、遅延回路420 、減算器430 、絶対値算出回路4
40 および,積算およびゲイン調整回路46を有する。
430 とに供給される。遅延回路420 は、入力画像信
号を1画素の処理に要する時間分だけ遅延させて、減算
器430 に供給する。このような処理により、減算器4
30 には、入力画像信号中の隣合う2個の画素Xi ,X
i-1 が同一のタイミングで供給される。これにより、減
算器430 は、差分Xi −Xi-1 を生成し、生成した差
分Xi −Xi-1 を絶対値算出回路440 に供給する。
出力に基づいて|Xi −Xi-1 |の値を算出し、算出値
を積算およびゲイン調整回路46に供給する。積算およ
びゲイン調整回路46は、絶対値算出回路440 の出力
を順次積算する。積算値が所定のタイミングで出力さ
れ、さらに図示しない構成によって4で割る処理を施さ
れることにより、式(12)に従う演算処理が完了し、
間引き間隔0の場合の、アクティビティの尺度としての
予測誤差の絶対値の平均値A0 が生成される。
説明は、1次元のクラスタップ構造および予測タップ構
造を前提とするものであるが、上述したように、クラス
タップ構造および予測タップ構造が2次元、3次元等で
ある場合にも、注目画素の近傍における入力画像信号の
アクティビティと間引き率と改善度との間には何らかの
最適な関係がある。従って、この発明は、クラスタップ
構造および予測タップ構造が2次元、3次元等である場
合においても適用することができる。
いては、入力画像信号が標準テレビジョン画像信号であ
り、且つ、出力画像信号も標準テレビジョン画像信号で
あることを前提としている。これに対し、出力画像信号
がHD(High Definition) 画像信号である場合にも、こ
の発明を適用することができる。
態に限定されるものでは無く、この発明の主旨を逸脱し
ない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
類適応処理を行う際に使用されるクラスタップおよび予
測タップのタップ構造における間引き間隔として、入力
画像信号に対して最適なものを、複数種類の間引き間隔
の下で生成される予測画素値の各々に基づいて計算され
る予測誤差の絶対値和等に基づいて決定するものであ
る。
るぼけの大/小等の特性に対して最適な間引き間隔を有
するクラスタップおよび予測タップのタップ構造の下で
画像情報変換処理を行うことが可能となる。
画像解像度をより大きく向上させることが可能となる。
般的な構成について説明するためのブロック図である。
な構成について説明するためのブロック図である。
ラスタップ構造およびタップ構造について説明するため
の略線図である。
クラスタップ構造およびタップ構造について説明するた
めの略線図である。
差の絶対値和の平均を求める方法について説明するため
の略線図である。
差の絶対値和の平均を求める方法について説明するため
の略線図である。
示すブロック図である。
すブロック図である。
率決定回路、34・・・クラスタップおよび予測タップ
抽出回路
Claims (5)
- 【請求項1】 入力画像信号を再生する画像情報変換装
置において、 入力画像信号から、注目画素に対して所定の位置関係に
ある画素をクラスタップとして出力するクラスタップ抽
出手段と、 上記クラスタップ抽出手段の出力に基づいて、クラスコ
ードを発生するクラスコード発生手段と、 クラス毎の予測係数を予め記憶し、上記クラスコード発
生回路の出力に対応する予測係数を出力する係数記憶手
段と、 上記入力画像信号から、上記注目画素の周辺の所定の画
素位置の画素値を予測タップとして出力する予測タップ
抽出手段と、 上記係数記憶手段の出力と、上記予測タップ抽出手段の
出力とに基づいて、上記注目画素の画素値を予測推定す
る予測推定演算手段とを備えるクラス分類適応処理手段
と、 上記クラスタップおよび予測タップのタップ構造におけ
る間引き間隔を、上記入力画像信号に対して最適なもの
とするタップ構造決定手段を有することを特徴とする画
像情報変換装置。 - 【請求項2】 請求項1において、 上記タップ構造決定手段は、 上記クラスタップおよび予測タップのタップ構造におけ
る間引き間隔として複数種類の間引き間隔を設定し、設
定される上記複数種類の間引き間隔の各々の下で予測画
素値を生成する予測画像生成手段と、 上記予測画像生成手段の出力に基づいて、上記予測画素
値に係る予測誤差の絶対値和を計算し、計算値に基づい
て最適な間引き率を決定する間引き率決定手段と、 上記間引き率決定手段の出力の基づいて、複数種類の上
記間引き間隔の内で最適なものを決定することを特徴と
する画像情報変換装置。 - 【請求項3】 請求項2において、 上記予測画像生成手段は、 上記クラス分類適応処理手段と同一の構成を含むことを
特徴とする画像情報変換装置。 - 【請求項4】 請求項3において、 上記予測画像生成手段は、 上記クラス分類適応処理手段と同一の構成を複数個備
え、 複数種類の上記間引き間隔の各々を、複数個の上記クラ
ス分類適応処理手段と同一の構成中のクラスタップ抽出
手段の各々に設定することを特徴とする画像情報変換装
置。 - 【請求項5】 入力画像信号を再生する画像情報変換方
法において、 入力画像信号から、注目画素に対して所定の位置関係に
ある画素をクラスタップとして出力するクラスタップ抽
出ステップと、 上記クラスタップ抽出ステップの結果に基づいて、クラ
スコードを発生するクラスコード発生ステップと、 クラス毎の予測係数を予め記憶し、上記クラスコード発
生回路の結果に対応する予測係数を出力する係数記憶ス
テップと、 上記入力画像信号から、上記注目画素の周辺の所定の画
素位置の画素値を予測タップとして出力する予測タップ
抽出ステップと、 上記係数記憶ステップの結果と、上記予測タップ抽出ス
テップの結果とに基づいて、上記注目画素の画素値を予
測推定する予測推定演算ステップとを備えるクラス分類
適応処理ステップと、 上記クラスタップおよび予測タップのタップ構造におけ
る間引き間隔を、上記入力画像信号に対して最適なもの
とするタップ構造決定ステップを有することを特徴とす
る画像情報変換方法。
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